0.4 設計一個控制系統的基本步驟

簡單地說，設計一個動態控制系統有下列5個基本步驟。

模型建立：為被控對象建立數學模型是控制工程中最重要的工作。建立系統模型的過程又稱模型化，是系統分析和綜合的基礎。建立能夠完整描述一個實際系統的模型，需要包含所有的細節以及大量非線性、時變以及不確定的環節等一系列挑戰。所以在建模過程中，往往會對實際系統進行簡化，降低模型的復雜度，選出實際系統中的典型環節進行近似模擬建模。建模分成兩個步驟，一是選擇合適的模型結構，有的實際系統可以通過現有典型的環節或幾種典型環節的組合來模擬；二是在模型結構確定的基礎上，確定模型中的參數，使得建立的模型盡可能準確地描述實際系統。

系統分析：對受控對象模型進行系統分析也是自動控制理論一個重要的任務。系統分析可以從定性（Qualitative）和定量（Quantitative）出發，對系統的穩定性、能控、能觀性以及時域指標、頻域指標等做一系列的分析。通過系統分析加深對系統的認識，掌握系統的從輸入到輸出的以及各個時刻不同狀態的特性，盡可能全面地對現有系統做出多項控制指標的衡量，為設計合適的控制器打下基礎。系統分析工作的完善直接影響到整個自動控制系統的運行品質。

控制系統的綜合：在對被控對象建模和系統分析的基礎上，設計合適的控制器，使得系統滿足期望的性能要求。例如被控對象的零極點的位置，可以通過控制系統的綜合進行調節，使得整個閉環系統的零極點分布在較為理想的位置。控制系統的綜合可以在設計控制器結構的基礎上，設計合適的控制器參數來實現系統運行最優。

系統實施：實施所設計的控制器也是控制理論一個重要的步驟。絕大多數控制器環節可以用程序或者一些電子器件實現，而對于一些物理上難以實現的理想控制器環節，則需要加入一些校正的環節來近似實現。

調整與驗證：在整個控制系統搭建好以后，由于建模和系統實施過程中，都用了不同程度的近似，得到的控制效果與理想的控制效果一定是有差距的。即使近似程度很高，系統運行以后也可能存在一些沒有考慮的問題，需要進一步修正和調節。所以調整與驗證也是設計一個控制系統的重要分支，在經過反復調整驗證后，所設計的控制系統才有可能最終達到實際所需的控制效果。